Функциональный оптический элемент с управляемыми параметрами для тгц оптики
Функциональный оптический элемент с управляемыми параметрами для ТГц оптики относится к оптическим электроуправляемым устройствам на основе фотонных кристаллических материалов и может быть использован при создании оптических телекоммуникационных систем. Устройство содержит фотонный кристалл с электродами и устройство управления. Новым в устройстве является то, что фотонный кристалл изготовлен в виде гофрированного планарного волновода из электрооптического материала, управляемого внешним постоянным электрическим полем.
Полезная модель относится к оптическим электроуправляемым устройствам на основе фотонных кристаллических материалов и может быть использована при создании оптических телекоммуникационных систем.
Наиболее близким к предлагаемому и выбранным в качестве прототипа является функциональный оптический элемент с управляемыми параметрами для ТГц диапазона частот, содержащий фотонный кристалл с электродами и устройство управления [1]. Фотонный кристалл состоит из чередующихся слоев кварца (230 мкм) и керамики (100 мкм) и включает слой сегнетоэлектрика (41 мкм), тензор диэлектрической проницаемости которого сильно зависит от температуры (например, SrTiO3). К электродам подсоединен нагревательный элемент. Такое устройство перестраивали по пропусканию (как перестраиваемый фильтр) в диапазоне от 0,1 до 0,2ТГц при применении температуры от 100К до 300К. Температура фотонного кристалла изменялась управляющим напряжением от устройства напряжения.
Основным недостатком данного устройства является невысокое быстродействие, обусловленное термическим характером воздействия (миллисекунды и больше).
Целью создания настоящей полезной модели является повышение быстродействия для ТГц диапазона частот.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве фотонный кристалл изготовлен в виде гофрированного планарного волновода из электрооптического материала, управляемого внешним постоянным электрическим полем.
На чертеже (фиг.1) изображена схема предлагаемого устройства.
Она содержит:
1 - фотонный кристалл с гофрированной поверхностью;
2 - электроды;
3 - устройство управления;
4 - излучение ТГц диапазона.
Устройство работает следующим образом:
Входящее излучение ТГц диапазона направляют с торца на фотонный кристалл перпендикулярно к периодически промодулированному по толщине (гофрированному) направлению в кристалле.
К электродам 2 от устройства управления 3 прикладывают постоянное напряжение так, чтобы напряженность электрического поля была направлена под углом к оси анизотропии. Гофрированный оптический кристалл изначально обладает анизотропией-ТЕ и ТМ волны имеют различные волновые вектора.
Электрооптическая анизотропия изменяется с изменением величины прикладываемого внешнего электрического поля. При выключенном электрическом поле существуют только одна ТЕ и одна ТМ моды. При включении же постоянного электрического поля в результате электрооптического эффекта ТЕ и ТМ моды гибридизируются и более не являются независимыми. В результате при изменении прилагаемого напряжения меняется полоса пропускания в ТГц диапазоне. Причем скорость изменения полосы определяется скоростью переключения напряжения.
Пример реализации и использования.
Фотонный кристалл был изготовлен из электрооптической пленки CdS0,65 Se0,35, толщиной 200 мкм на сапфировой подложке. Гофрированный (периодически модулированный слой) на поверхности пленки был изготовлен протачиванием на высокоточном фрезерном станке с программным обеспечением.
Размеры изготовленного кристалла - 10×10 мм.
Прикладываемое к электродам напряжение варьировалось от 0 до 1000 В. Диапазон перестройки при этом составил до 1МГц. Скорость переключения при выходе на рабочий режим составляла около 100нс.Таким образом, по сравнению с прототипом, достигнуто следующее преимущество: существенно повышено быстродействие устройства для ТГц диапазона частот. Скорость переключения параметров теперь определяется скоростью переключения напряжения.
Представленные чертежи и описание позволяют, используя существующие материалы и технологии, изготовить предлагаемое устройство промышленным способом и использовать его для фильтрации терагерцового излучения в телекоммуникационных системах, что характеризует полезную модель как промышленно применимую.
[1] Nemec H., Duvillaret L., Garet P., Kuzel P., Xavier P., Richard J., Rauly D. - Thermally tunable filter for terahertz range based on a one - dimensional photonic crystal with a defect - Journal of Applied Physics - vol.96, 
8, 2004, p.p.4072-4075.
Функциональный оптический элемент с управляемыми параметрами для ТГц оптики, содержащий фотонный кристалл с электродами и устройство управления, отличающийся тем, что фотонный кристалл изготовлен в виде гофрированного планарного волновода из электрооптического материала, управляемого внешним постоянным электрическим полем.
